張呼客專鐵路強(qiáng)風(fēng)地區(qū)接觸網(wǎng)防風(fēng)技術(shù)方案研究

亢佳增

（中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司供電部，內(nèi)蒙古 呼和浩特010050）

張呼客專鐵路（張家口至呼和浩特東）作為內(nèi)蒙古首條進(jìn)京高鐵，穿越內(nèi)蒙古高原風(fēng)區(qū)，電氣化鐵路接觸網(wǎng)沿鐵路線架設(shè)，無備用系統(tǒng)，受強(qiáng)風(fēng)等自然災(zāi)害影響較大，穩(wěn)定性直接影響高鐵安全運(yùn)營。筆者參與張呼客專風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)施工運(yùn)營，結(jié)合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)理論研究成果，對張呼客專風(fēng)區(qū)聲屏障區(qū)段接觸網(wǎng)保護(hù)線舞動問題進(jìn)行原因分析和技術(shù)改造，積累了張呼客專風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)施工運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。

1 張呼風(fēng)速較大區(qū)段風(fēng)偏風(fēng)速及結(jié)構(gòu)風(fēng)速的計算

1.1 張呼客專風(fēng)速較大區(qū)段的研究范圍

張呼客專設(shè)計正線全長286.803 公里，地質(zhì)專業(yè)提供全線風(fēng)速氣象條件如表1 所示。

張呼客專興和北、烏蘭察布地區(qū)最大風(fēng)速為33m/s, 為全線最大，風(fēng)區(qū)起點(diǎn)為懷安至興和北間K284+026m，終點(diǎn)為烏蘭察布至卓資東間K361+184m，長78km，占線路全長28%。

1.2 風(fēng)偏風(fēng)速計算

根據(jù)氣象部門的氣象資料和全國基本風(fēng)壓分布資料，烏蘭察布地區(qū)五十年一遇基本風(fēng)壓在600Pa 左右，經(jīng)計算，集寧地區(qū)五十年一遇基本風(fēng)速為33.23m/s。

1.3 結(jié)構(gòu)風(fēng)速的計算

烏蘭察布市集寧地區(qū)的風(fēng)偏設(shè)計風(fēng)速經(jīng)高路堤爬坡增值效應(yīng)修正后得出結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)速為47m/s（一般接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)速為40m/s）。

1.4 與蘭新線風(fēng)速對比

目前接觸網(wǎng)風(fēng)區(qū)設(shè)計規(guī)范執(zhí)行《風(fēng)區(qū)200-250Km/h 電氣化鐵路接觸網(wǎng)主要裝備技術(shù)條件（暫行）》的通知（總運(yùn)[2013]37 號），該文件3.4.3.1 中規(guī)定：接觸網(wǎng)基本運(yùn)行風(fēng)速30m/s，最大運(yùn)行風(fēng)速50m/s。 3.4.3.2 中規(guī)定：接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)速為60 m/s，75 m/s，80 m/s。

目前與張呼客專季風(fēng)氣象條件相似的有蘭新線，蘭新線風(fēng)偏風(fēng)速51m/s，結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)速為57 m/s，75 m/s，80 m/s。

張呼客專風(fēng)偏設(shè)計風(fēng)速33m/s，結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)速為47 m/s，低于《風(fēng)區(qū)200-250Kmh 電氣化鐵路接觸網(wǎng)主要裝備技術(shù)條件（暫行）》以及蘭新線風(fēng)偏風(fēng)速和結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)速（表2）。

蘭新線大風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)選用鋼結(jié)構(gòu)整體腕臂、剛性吊弦、彈性定位器、銷軸定位連接等防風(fēng)零部件設(shè)計，在擋風(fēng)墻區(qū)段接觸網(wǎng)附加導(dǎo)線選用懸掛式架設(shè)、連接零件選用軸套式連接、加裝間隔棒和防舞鞭等安裝方式。根據(jù)國鐵集團(tuán)鑒定中心批復(fù)意見、中鐵咨詢設(shè)計院召開專家組會議紀(jì)要、總運(yùn)[2013]37 號文規(guī)定，張呼客專強(qiáng)風(fēng)區(qū)設(shè)計原則與蘭新線不完全相同，應(yīng)根據(jù)內(nèi)蒙古高原風(fēng)區(qū)特點(diǎn)及風(fēng)偏設(shè)計風(fēng)速、結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)速條件，確定風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)設(shè)計方案、設(shè)備選型原則。

2 張呼風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)設(shè)計方案

張呼客專風(fēng)區(qū)設(shè)計采用了以下減小系統(tǒng)負(fù)載、零部件磨耗、保證絕緣間隙等方案，其它設(shè)計同非風(fēng)區(qū)，為彈性鏈形懸掛、三角腕臂、鉤環(huán)連接定位器。

2.1 支柱跨距縮小為50m。張呼客專接觸網(wǎng)跨距一般為55m。風(fēng)速較大區(qū)段減小跨距，可減小導(dǎo)線、支柱所受風(fēng)負(fù)載，增強(qiáng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)整體抗風(fēng)性。按路基區(qū)段8.25m高度中間柱計算，相比55m 跨距，50m跨距減小柱底風(fēng)負(fù)載彎矩約5.8kNm。另因風(fēng)區(qū)采用鉤環(huán)連接，減小跨距可增加定位器拉力，減少定位器鉤環(huán)磨耗。按導(dǎo)線拉出值±250mm測算，跨距50m較55m，可增加定位器拉力約50N。

2.2 隔離開關(guān)采用單獨(dú)開關(guān)柱。隔離開關(guān)如采用與腕臂柱合用，隔開操作時震動影響腕臂柱穩(wěn)定性，風(fēng)區(qū)影響更明顯。采用GHT240 特型H 鋼柱，具有較好抗扭性，容量滿足隔開柱要求，操作時保證自身穩(wěn)定，不影響腕臂柱及接觸懸掛。

2.3 電連接引線加裝預(yù)絞式等距線夾。大風(fēng)工況下，電連接線擺動易磨損固定端、連接線，電連接線距接地體絕緣距離難保證。增加等距線夾，使線間距相對固定，防止線索互磨；三根電連接線連成整體，增強(qiáng)整體抗風(fēng)性。

2.4 正饋線采用V拉絕緣子固定，雙耳聯(lián)板孔裝銅墊襯。

風(fēng)區(qū)附加導(dǎo)線風(fēng)偏較大，正饋線絕緣子V拉固定可將絕緣子風(fēng)偏減小至0，保證正饋線絕緣距離。在正饋線雙耳聯(lián)板孔裝墊襯，避免懸垂線夾螺栓與雙耳連板風(fēng)擺磨耗，增加零件使用壽命。

2.5 保護(hù)線采用預(yù)絞式懸垂線夾安裝。通過在保護(hù)線懸掛點(diǎn)位置安裝預(yù)絞絲、橡膠襯墊、鋁合金套殼等預(yù)絞式懸垂線夾，能減小保護(hù)線固定點(diǎn)導(dǎo)線磨耗，延長保護(hù)線線索使用壽命。

2.6 使用防風(fēng)型雙管限制架。墜砣在強(qiáng)風(fēng)作用下易發(fā)生墜砣錯位和墜砣相對位移現(xiàn)象，與周邊構(gòu)筑物摩擦卡滯，會影響補(bǔ)償效率。使用雙墜砣桿可有效限制墜砣擺動幅度。

2.7 腕臂螺栓采用防松螺母。防松螺母可使零部件螺栓在風(fēng)力震動下保持緊固。

3 張呼客專風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)保護(hù)線舞動問題

3.1 張呼客專風(fēng)區(qū)保護(hù)線舞動問題概況。接觸網(wǎng)預(yù)驗(yàn)收發(fā)現(xiàn)，張呼客專烏蘭察布至興和北間506#-522#支柱聲屏障上方保護(hù)線舞動（公里標(biāo)K308+440m 至K308+970m），保護(hù)線上下擺動幅度2米，每分鐘擺動頻率45 次，保護(hù)線舞動易造成與27.5KV 正饋線間絕緣距離不夠引起的接觸網(wǎng)跳閘。該區(qū)段在烏蘭察布興和縣額爾棟鎮(zhèn)前大卜子村，填筑路基段，呈東西走向，鄰近村莊上行側(cè)設(shè)置530 米長、3.95 米高聲屏障，路基段地處丘陵斷帶風(fēng)口區(qū)域。

3.2 張呼客專風(fēng)區(qū)保護(hù)線舞動原因分析。保護(hù)線舞動主要原因?yàn)閺?qiáng)風(fēng)從丘陵豁口刮到路基聲屏障時，風(fēng)力遇聲屏障阻力向上形成渦流，使聲屏障上方保護(hù)線在跨中大幅度舞動，造成線索在懸掛點(diǎn)處承受的應(yīng)力過大，大風(fēng)舞動時零部件連接部位存在間隙易產(chǎn)生電位差，造成電腐蝕。保護(hù)線長期舞動會造成懸掛點(diǎn)預(yù)絞式保護(hù)線夾位置線索磨耗加大、線索斷裂，動車組通過斷線區(qū)域時，有可能造成斷線的保護(hù)線卷入動車組走行部，為動車組安全運(yùn)行和旅客生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重影響。

4 張呼客專風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)保護(hù)線改進(jìn)措施

將舞動問題納入張呼客專接觸網(wǎng)專業(yè)靜態(tài)驗(yàn)收A 類問題，在對比蘭新線擋風(fēng)墻處保護(hù)線舞動問題，張呼客專風(fēng)區(qū)保護(hù)線舞動處所從地形環(huán)境、風(fēng)速風(fēng)向、線路等級、聲屏障結(jié)構(gòu)高度等方面存在較大差異，供電技術(shù)人員、設(shè)計院提出符合所在風(fēng)區(qū)氣象條件的接觸網(wǎng)改進(jìn)方案。

4.1 優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)選型。張呼客專烏蘭察布至興和北間506#-528#支柱保護(hù)線使用預(yù)絞式懸垂線夾、“環(huán)、環(huán)”連接方式（保護(hù)線肩架U型環(huán)、吊環(huán)、單聯(lián)碗頭掛板、懸垂線夾），該零部件結(jié)構(gòu)選型造成保護(hù)線在懸掛點(diǎn)處順線路方向、垂直線路方向擺動量大、轉(zhuǎn)動靈活，不易將線索舞動作用力通過零部件減弱。改進(jìn)措施是更換自潤滑軸承懸垂線夾，該零部件結(jié)構(gòu)選型使用三孔連板代替肩架U型環(huán)，使用雙聯(lián)轉(zhuǎn)單聯(lián)掛板直接連接三孔連板和懸垂線夾，將原4 個零部件簡化為3 個零部件，滑動軸承連接方式避免了“環(huán)、環(huán)”連接運(yùn)行磨耗，通過零部件衰減線索的振動。

4.2 降低保護(hù)線安裝高度。將保護(hù)線懸掛點(diǎn)高度降低1000mm，降高后保護(hù)線懸掛點(diǎn)距軌面高度3909mm、保護(hù)線與聲屏障高差800mm，跨中保護(hù)線比聲屏障高400mm、保護(hù)線與聲屏障水平距離1020mm，正饋線懸掛點(diǎn)距軌面高度6200mm，正饋線比保護(hù)線高2200mm，滿足《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》（鐵總運(yùn)[2015]362 號）中附加導(dǎo)線對地面及相互距離的規(guī)定。保護(hù)線高度接近聲屏障高度后，能夠通過聲屏障阻隔吹向保護(hù)線的強(qiáng)風(fēng)，起到降低線索振幅、減少線索振動頻次的作用。同時確保線在最高、最低溫度時相關(guān)技術(shù)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求（表3）。

4.3 安裝視頻監(jiān)控裝置。在該區(qū)段安裝太陽能視頻監(jiān)控裝置，通過4G 網(wǎng)絡(luò)拍攝傳輸風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)保護(hù)線運(yùn)行狀態(tài)，2019 年5 月23日張呼客專烏蘭察布至局界段開展聯(lián)調(diào)聯(lián)試，7 月開展250km/h 新型復(fù)興號上線運(yùn)行試驗(yàn)，8 月配合北京局開展京張、張呼聯(lián)調(diào)聯(lián)試，通過CRH5A 型、380B 型、復(fù)興號400BF 動車組及雙編動車組運(yùn)行，檢驗(yàn)風(fēng)區(qū)保護(hù)線防舞動措施效果良好，通過視頻監(jiān)控裝置全面分析和人工觀測點(diǎn)檢查，采取改進(jìn)方案后未發(fā)生風(fēng)區(qū)聲屏障區(qū)段接觸網(wǎng)保護(hù)線舞動問題。

5 風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)施工驗(yàn)收、運(yùn)營維護(hù)建議

5.1 風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)施工驗(yàn)收?？偨Y(jié)張呼客專風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)施工驗(yàn)收經(jīng)驗(yàn)，在施工前，加強(qiáng)細(xì)節(jié)設(shè)計的分析論證，在設(shè)備選型時考慮防風(fēng)方面的參數(shù)要求，材料進(jìn)場時對產(chǎn)品的準(zhǔn)入證明等資料把關(guān)，避免因廠家產(chǎn)品質(zhì)量造成設(shè)備隱患。施工時，做好接觸網(wǎng)零部件緊固檢查，在接觸網(wǎng)開口銷、平彈墊安裝等方面按照零部件安裝及力矩要求執(zhí)行，防止零部件松脫；在線索架設(shè)下錨施工時，重點(diǎn)檢查承、導(dǎo)下錨安裝時釋放旋轉(zhuǎn)應(yīng)力，防止下錨處線索偏轉(zhuǎn)；落錨補(bǔ)償繩安裝時展放平順，防止補(bǔ)償繩較勁時懸掛負(fù)載，在風(fēng)區(qū)運(yùn)行時出現(xiàn)補(bǔ)償繩散股、斷股問題。

5.2 風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)運(yùn)營維護(hù)重點(diǎn)內(nèi)容。建立風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)設(shè)備“樣本空間”管理辦法，合理設(shè)置正饋線“V”拉懸垂線夾與雙耳連板、保護(hù)線自潤滑軸承與懸垂線夾、支持定位裝置鉤環(huán)連接、隔離開關(guān)引線、彈性吊索、上網(wǎng)引線等樣本選取位置，檢查橋梁、高填方路基、聲屏障等重點(diǎn)地形位置接觸網(wǎng)狀態(tài)，對零部件磨耗、測量數(shù)據(jù)、影像照片等資料建立檔案，總結(jié)接觸網(wǎng)風(fēng)區(qū)“樣本空間”運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。

表1

表2

表3 張呼客專烏蘭察布至興和北522#-524#支柱接觸網(wǎng)保護(hù)線降高數(shù)據(jù)表

加強(qiáng)張呼客專風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)檢測監(jiān)測工作，通過日確認(rèn)車、每周2C 檢測、每2 月4C 檢測、每旬動車3C 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲分析與實(shí)時缺陷報警、接觸網(wǎng)Ⅰ、Ⅱ級檢修、大風(fēng)預(yù)警天氣定點(diǎn)觀測，強(qiáng)化接觸網(wǎng)狀態(tài)和風(fēng)區(qū)聲屏障位置保護(hù)線舞動監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)影響接觸網(wǎng)運(yùn)行安全隱患問題及時采取措施整治。

6 結(jié)論

內(nèi)蒙古高原幅員遼闊，鐵路建設(shè)穿越內(nèi)蒙古陰山山脈、河谷、丘陵，鐵路線路平均海拔高、地形變化氣流風(fēng)速多變、高原季風(fēng)多發(fā)，張呼客專作為內(nèi)蒙古自治區(qū)首條進(jìn)京高鐵，內(nèi)蒙古高原風(fēng)區(qū)接觸網(wǎng)設(shè)計設(shè)備選型、施工驗(yàn)收尤為重要。通過張呼客專興和北至烏蘭察布間接觸網(wǎng)防風(fēng)設(shè)計、介入施工、精調(diào)精整，解決張呼客專風(fēng)區(qū)聲屏障區(qū)段保護(hù)線舞動缺陷問題，建立符合內(nèi)蒙古高鐵風(fēng)區(qū)特點(diǎn)的接觸網(wǎng)設(shè)計施工、平推驗(yàn)收、檢測監(jiān)測、“樣本空間”運(yùn)行管理的辦法，為包銀、集大原、鄂榆高鐵在內(nèi)蒙古高原風(fēng)區(qū)前期設(shè)計和后期施工驗(yàn)收奠定了基礎(chǔ)，積累了經(jīng)驗(yàn)。